高考物理经典大题练习及答案

14 7 分 如图 14 所示 两平行金属导轨间的距离 L 0 40 m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在 导轨所在平面内 分布着磁感应强度 B 0 50 T 方向垂直 于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势 E 4 5 V 内阻 r 0 50 的直流电源 现把一个质量 m 0 040 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上 导体棒恰好静 止 导体棒与金属导轨垂直 且接触良好 导体棒与金属导轨接 图 14 触的两点间的电阻 R0 2 5 金属导轨电阻不计 g 取 10 m s2 已知 sin 37 0 60 cos 37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力大小 3 导体棒受到的摩擦力 15 7 分 如图 15 所示 边长 L 0 20m 的正方形导线框 ABCD 由粗细均匀的同种材料制成 正方形导线框每边的电阻 R0 1 0 金属棒 MN 与正方形导线框的对角线长度恰好相等 金属棒 MN 的电阻 r 0 20 导线框放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度 B 0 50 T 方向垂直导线框所在平面向里 金属棒 MN 与导线框接触 良好 且与导线框的对角线 BD 垂直放置在导线框上 金属棒的中 点始终在 BD 连线上 若金属棒以 v 4 0 m s 的速度向右匀速运动 当金属棒运动至 AC 的位置时 求 计算结果保留两位有效数字 图 15 1 金属棒产生的电动势大小 2 金属棒 MN 上通过的电流大小和方向 3 导线框消耗的电功率 16 8 分 如图 16 所示 正方形导线框 abcd 的质量为 m 边长为 l 导线框的总电阻为 R 导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上 方某处由静止自由下落 下落过程中 导线框始终在与磁场垂直的竖 直平面内 cd 边保持水平 磁场的磁感应强度大小为 B 方向垂直纸 面向里 磁场上 下两个界面水平距离为 l 已 知 cd 边刚进入磁场时 线框恰好做匀速运动 重力加速度为 g 1 求 cd 边刚进入磁场时导线框的速度大小 2 请证明 导线框的 cd 边在磁场中运动的任意瞬间 导线框 克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率 图 16 3 求从导线框 cd 边刚进入磁场到 ab 边刚离开磁场的过程中 导 线框克服安培力所做的功 17 8 分 图 17 甲 为小型旋转电枢式交流发电机的原理图 其矩形线圈在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的固定轴 OO 匀速转动 线圈的匝数 n 100 电阻 r 10 线圈的两端 经集流环与电阻 R 连接 电阻 R 90 与 R 并联的交流电压表为理想电表 在 t 0 时刻 线圈平面与磁场方向平行 穿过每匝线圈的磁通量 随时间 t 按图 17 乙 所示正弦规 律变化 求 1 交流发电机产生的 电动势最大值 2 电路中交流电压表 的示数 18 8 分 图 18 为示波管的示意图 竖直偏转电极的极 板长 l 4 0 cm 两板间距离 d 1 0 cm 极板右端与荧光屏 的距离 L 18 cm 由阴极发出的电子经电场加速后 以 v 1 6 107 m s 的速度沿中心线进入竖直偏转电场 若 电子由阴极逸出时的初速度 电子所受重力及电子之间的 相互作用力均可忽略不计 已知电子的电荷量 e 1 6 10 19 C 质量 m 0 91 10 30 kg 图 18 1 求加速电压 U0的大小 2 要使电子束不打在偏转电极的极板上 求加在 竖直偏转电极上的电压 应满足 的条件 3 若在竖直偏转电极上加 u 40sin 100 t V 的交变电压 求电子打在荧光屏上 产生亮线的长度 19 9 分 如图 19 所示 在以 O 为圆心 半径为 R 的圆形区域内 有一个水平方向 的匀强磁场 磁场的磁感应强度大小为 B 方向垂直纸面向 外 竖直平行正对放置的两金属板 A K 连在电压可调的电 路中 S1 S2为 A K 板上的两个小孔 且 S1 S2和 O 在同 一直线上 另有一水平放置的足够大的荧光屏 D O 点到荧 光屏的距离为 h 比荷 电荷量与质量之比 为 k 的带正电 的粒子由 S1进入电场后 通过 S2射向磁场中心 通过磁场 后打在荧光屏 D 上 粒子进入电场的初速度及其所受重力均 可忽略不计 1 请分段描述粒子自 S1到荧光屏 D 的运动情况 2 求粒子垂直打到荧光屏上 P 点时速度的大小 图 19 3 移动滑片 P 使粒子打在荧光屏上 Q 点 PQ h 如图 19 所示 求此时 A K 两极板间的电压 20 9 分 如图 20 所示 地面上方竖直界面 N 左侧空间存在着水平的 垂直纸面向里的 匀强磁场 磁感应强度 B 2 0 T 与 N 平行的竖直界面 M 左侧存在竖直向下的匀强电场 电 场强度 E1 100 N C 在界面 M 与 N 之间还同时存在着水平向左的匀强电场 电场强度 E2 200 N C 在紧靠界面 M 处有一个固定在水平地面上的竖直绝缘支架 支架上表面光滑 支架上放有质量 m2 1 8 10 4 kg 的带正电的小物体 b 可视为质 点 电荷量 q2 1 0 10 5 C 一个质量 m1 1 8 10 4 kg 电荷量 q1 3 0 10 5 C 的带负电小物体 可视为质点 a 以 水平速度 v0射入场区 沿直线运动并与小物体 b 相碰 a b 两个小物体碰后粘合在一起成 小物体 c 进入界面 M 右侧的场区 并从场区右边界 N 射出 落到地面上的 Q 点 图中未 画出 已知支架顶端距地面的高度 h 1 0 m M 和 N 两个界面的距离 L 0 10 m g 取 10 m s2 求 1 小球 a 水平运动的速率 2 物体 c 刚进入 M 右侧的场区时的 加速度 3 物体 c 落到 Q 点时的速率 3 3 rR E 0 14 7 分 1 导体棒 金属导轨和直流电源构成闭合电路 根据闭合电路欧姆定律有 I 1 5A 2 分 2 导体棒受到的安培力 F安 BIL 0 30 N 2 分 3 导体棒所受重力沿斜面向下的分力 F1 mgsin 37 0 24 N 由于 F1小于安培力 故导体棒受沿斜面向下的摩擦力 f 1 分 根据共点力平衡条件 mgsin 37 f F安 1 分 解得 f 6 0 10 2 N 1 分 15 7 分 1 金属棒产生的电动势大小为 E BLv 0 4V 0 56 V 2 分22 2 金属棒运动到 AC 位置时 导线框左 右两侧电阻并联 其并联电阻为 R并 1 0 根据闭合电路欧姆定律 I 0 47 A 2 分 根据右手定则 电流方向从 N 到 M 1 分 3 导线框消耗的功率为 P框 I2R并 0 22 W 2 分 16 8 分 1 设线框 cd 边刚进入磁场时的速度为 v 则在 cd 边进入磁场过程时产生的感应电 动势为 E Blv 根据闭合电路欧姆定律 通过导线框的感应电流为 I 导线框受到的安培力为 F安 BIl 1 分 因 cd 刚进入磁场时导线框做匀速运动 所以有 F安 mg 1 分 以上各式联立 得 v 1 分 2 导线框 cd 边在磁场中运动时 克服安培力做功的功率为 P安 F安v rR E 并 R Blv R vlB 22 22l B mgR R vlB 222 代入 1 中的结果 整理得 P安 1 分 导线框消耗的电功率为 P电 I2R R 1 分 3 导线框 ab 边刚进入磁场时 cd 边即离开磁场 因此导线框继续做匀速运 动 导线框穿过磁场的整个过程中 导线框的动能不变 设导线框克服安培力做功为 W安 根据动能定理有 2mgl W安 0 1 分 解得 W安 2mgl 1 17 8 分 1 交流发电机产生电动势的最大值 Em nBS 1 分 而 m BS 所以 Em 1 由 t 图线可知 m 2 0 10 2 Wb T 6 28 10 2 s 所以 Em 200 V 1 2 电动势的有效值 E Em 100V 12 分 由闭合电路的欧姆定律 电路中电流的有效值为 I A 1 rR E 2 交流电压表的示数为 U IR 90V 127 V 2 分2 18 8 分 1 对子通过加速电场的过程 根据动能定理有 eU0 mv2 2 解得 U0 728 V 1 2 设偏转电场电压为 U1时 电子刚好飞出偏转电场 则此时电子沿电场方向的位 移恰好为 d 2 即 at2 t2 1 电子通过偏转电场的时间 t 1 分 解得 U1 91 V 所以 为使电子束不打在偏转电极上 加在偏转电极上的电压 U 应小于 91V 1 R vlB 222 2 222 R vlB T 2 T n m 2 2 2 2 1 2 d 2 1 2 1 md eU1 v l 2 2 et md rR E 0 分 3 由 u 40sin100 t V 可知 100 s 1 Um 40 V 偏转电场变化的周期 T 0 02 s 而 t 2 5 10 9 s Tt 可见每个电子通过 偏转电场的过程中 电场可视为稳定的匀强电场 当极板间加最大电压时 电子有最大偏转量 ym at2 t2 0 20 cm 电子飞出偏转电场时平行极板方向分速度 vx v14 7 分 1 导体棒 金属导轨和直流电源构成闭合电路 根据闭合电路欧姆定律有 I 1 5A 2 分 2 导体棒受到的安培力 F安 BIL 0 30 N 2 分 3 导体棒所受重力沿斜面向下的分力 F1 mgsin 37 0 24 N 由于 F1小于安培力 故导体棒受沿斜面向下的摩擦力 f 1 分 根据共点力平衡条件 mgsin 37 f F安 1 分 解得 f 6 0 10 2 N 1 分 15 7 分 1 金属棒产生的电动势大小为 E BLv 0 4V 0 56 V 2 分22 2 金属棒运动到 AC 位置时 导线框左 右两侧电阻并联 其并联电阻为 R并 1 0 根据闭合电路欧姆定律 I 0 47 A 2 分 根据右手定则 电流方向从 N 到 M 1 分 3 导线框消耗的功率为 P框 I2R并 0 22 W 2 分 16 8 分 1 设线框 cd 边刚进入磁场时的速度为 v 则在 cd 边进入磁场过程时产生的感应电 动势为 E Blv 根据闭合电路欧姆定律 通过导线框的感应电流为 I 导线框受到的安培力为 F安 BIl 1 分 因 cd 刚进入磁场时导线框做匀速运动 所以有 F安 mg 1 2 v l 2 1 md eUm 2 1 rR E 并 R Blv R vlB 22 22l B mgR 以上各式联立 得 v 1 分 2 导线框 cd 边在磁场中运动时 克服安培力做功的功率为 P安 F安v 代入 1 中的结果 整理得 P安 1 分 导线框消耗的电功率为 P电 I2R R 1 分 因此有 P安 P电 1 分 3 导线框 ab 边刚进入磁场时 cd 边即离开磁场 因此导线框继续做匀速运动 导 线框穿过磁场的整个过程中 导线框的动能不变 设导线框克服安培力做功为 W安 根据动能定理有 2mgl W安 0 1 分 解得 W安 2mgl 1 17 8 分 1 交流发电机产生电动势的最大值 Em nBS 1 分 而 m BS 所以 Em 1 由 t 图线可知 m 2 0 10 2 Wb T 6 28 10 2 s 1 分 所以 Em 200 V 1 2 电动势的有效值 E Em 100V 12 分 由闭合电路的欧姆定律 电路中电流的有效值为 I A 1 rR E 2 交流电压表的示数为 U IR 90V 127 V 2 分2 18 8 分 1 对于电子通过加速电场的过程 根据动能定理有 eU0 mv2 2 分 解得 U0 728 V 1 2 设偏转电场电压为 U1时 电子刚好飞出偏转电场 则此时电子沿电场方向的位 R vlB 222 R vlB 222 2 222 R vlB T 2 T n m 2 2 2 2 1 移恰好为 d 2 即 at2 t2 1 电子通过偏转电场的时间 t 1 分 解得 U1 91 V 所以 为使电子束不打在偏转电极上 加在偏转电极上的电压 U 应小于 91V 1 分 3 由 u 40sin100 t V 可知 100 s 1 Um 40 V 偏转电场变化的周期 T 0 02 s 而 t 2 5 10 9 s Tt 可见每个电子通过 偏转电场的过程中 电场可视为稳定的匀强电场 当极板间加最大电压时 电子有最大偏转量 ym at2 t2 0 20 cm 电子飞出偏转电场时平行极板方向分速度 vx v 垂直极板方向的分速度 vy ayt t 电子离开偏转电场到达荧光屏的时间 t 电子离开偏转电场后在竖直方向的位移为 y2 vyt 2 0 cm 电子打在荧光屏上的总偏移量 Ym ym y2 2 2 cm 1 分 电子打在荧光屏产生亮线的长度为 2Ym 4 4 cm 1 分 用下面的方法也给 2 分 设电子射出偏转电场时速度与水平线的夹角为 因此有 tan 0 11 因此电子的总偏转量 y L tan 1 分 电子打在荧光屏沿竖直方向的长度范围为 2y 4 4 cm 1 分 19 9 分 1 粒子在电场中自 S1至 S2做匀加速直线运动 自 S2至进入磁场 前做匀速直线运动 进入磁场后做匀速圆周运动 离开磁场至荧光屏做匀 速直线运动 离开磁场后做匀速直线运动 给 1 分 2 分 说明 说出粒子在电场中匀加速运动 离开电场做匀速直线运动 给 1 分 说出粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 2 设粒子的质量为 m 电荷量为 q 垂直打在荧光屏上的 P 点时的 速度为 v1 粒子垂直打在荧光屏上 说明粒子在磁场中的运动是四分之 2 d 2 1 2 1 md eU1 v l 2 2 et md 2 v l 2 1 md eUm 2 1 md eUm x y v v 2 1 1 2 1 r v vx L v L 一圆周 运动半径 r1 R 1 分 根据牛顿第二定律 Bqv1 m 依题意 k q m 1 分 解得 v1 BkR 1 分 3 设粒子在磁场中运动轨道半径为 r2 偏转角为 2 粒 子射出磁场时的方向与竖直方向夹角为 粒子打到 Q 点时的轨 迹如图所示 由几何关系可知 tan 30 30 tan 解得 r2 R 1 3 设此时 A K 两极板间的电压为 U 粒子离开 S2时的速度为 vm 根据动能定理有 qU mv22 解得 U kB2R2 h PQ 3 3 2 r R 2 2 2 r v 2 1 2 3 20 9 分 1 a 向 b 运动过程中受向下的重力 向上的电场力和向下的洛伦兹力 小球 a 的直线运动必为匀速直线运动 a 受力平衡 因此有 q1E1 q1v0B m1g 0 1 分 解得 v0 20 m s 2 分 2 二球相碰动量守恒 m1v0 m1 m2 v 解得 v 10 m s 1 分 物体 c 所受洛伦兹力 f q1 q2 vB 4 0 10 4 N 方向向下 1 物体 c 在 M 右场区受电场力 F2 q1 q2 E2 4 0 10 3 N 方向向右 物体 c 受重力 G m1 m2 g 3 6 10 3 N 方向向下 物体 c 受合力 F合 2 10 3 N 2 2 2 GfF 2 物体 c 的加速度 a m s2 15 7 m s2 1 2 设合力的方向与水平方向的夹角为 则 tan 1 0 解得 45 加速度指向右下方与水平方向成 45 角 1 3 物体 c 通过界面 M 后的飞行过程中电场力和重力都对它做正功 设物体 c 落到 Q 点时的速率为 vt 由动能定理 m1 m2 gh q1 q2 E2L m1 m2 vt2 m1 m2 v2 1 分 解得 vt m s 11 m s 1 2 122 分 垂直极板方向的分速度 vy ayt t 电子离开偏转电场到达荧光屏的时间 t 电子离开偏转电场后在竖直方向的位移为 y2 vyt 2 0 cm 电子打在荧光屏上的总偏移量 Ym ym y2 2 2 cm 1 分 电子打在荧光屏产生亮线的长度为 2Ym 4 4 cm 1 分 用下面的方法也给 2 分 设电子射出偏转电场时速度与水平线的夹角为 因此有 tan 0 11 因此电子的总偏转量 y L tan 1 分 电子打在荧光屏沿竖直方向的长度范围为 2y 4 4 cm 1 分 md eUm x y v v 2 1 vx L v L 21 mm F 合 9 100 2 F Gf 2 1 2 1 19 9 分 1 粒子在电场中自 S1至 S2做匀加速直线运动 自 S2至进入 磁场前做匀速直线运动 进入磁场后做匀速圆周运动 离开磁场至 荧光屏做匀速直线运动 2 分 说明 说出粒子在电场中匀加速运动 离开电场做匀速直线运 动 给 1 分 说出粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 离开磁场后 做匀速直线运动 给 1 分 2 设粒子的质量为 m 电荷量为 q 垂直打在荧光屏上的 P 点时的速度为 v1 粒子垂直打在荧光屏上 说明粒子在磁场中的运动是四分之一圆周 运 动半径 r1 R 1 分 根据牛顿第二定律 Bqv1 m 依题意 k q m 1 分 解得 v1 BkR 1